不同硅烷偶联剂对白炭黑填充SSBR胶料的性能的影响

【摘 要】本文研究了硅烷偶联剂Si69、Si747改性白炭黑填充SSBR胶料的硫化特性、物理机械性能和动态性能，并与X-50S进行对比。结果表明，经过配方调整，Si747改性体系与X-50S和Si69改性体系相比具有更好的抗焦烧能力，三种偶联剂的抗焦烧能力顺序为Si747>Si69>X-50S。在改善滚动阻力及抗湿滑性上，Si747改性体系也要优于X-50S和Si69。但是，Si747改性体系的300%模量及硬度，交联密度等性能相对降低。

【关键词】硅烷偶联剂；白炭黑；SSBR

0 前言

在轮胎工业中，白炭黑和炭黑是最重要补强剂。与炭黑相比，白炭黑填充在轮胎胎面胶中，可降低轮胎的滚动阻力，并且在湿路面牵引性能及雪路面的牵引性能上有优异的表现，因此在行业中的用量逐年增大[1]。特别在欧洲轮胎标签法提出并执行以来，得到了国内外业界的高度重视，给轮胎行业带来了挑战，特别对国内轮胎企业提出了更高的要求。但由于白炭黑表面存在大量硅醇基，表面能和急性较大，而绝大多数橡胶是非极性的，使得白炭黑在橡胶中难以湿润和分散，白炭黑聚集体有附聚体的趋势，形成白炭黑填料网络，影响橡胶制品的使用性能。通常在橡胶中加入小分子物质如醇类、胺类和脲类等，对白炭黑进行物理改性，后加入硅烷偶联剂进行化学改性来改善白炭黑在胶料的分散性[2]。本文主要探究X-50S，液态Si69及超级硅烷偶联剂Si747对白炭黑填充SSBR胶料性能的影响。

1 实验部分

1.1 主要原材料

溶聚丁苯橡胶，SSBR，日本JSR株式会社；白炭黑，青岛罗地亚白炭黑有限公司；X-50S、Si69，武汉泾河化工有限公司；Si747，上海麒祥化工有限公司；其他原料均为橡胶工业常用助剂。

偶联剂特征：X-50S为Si69和Carbon Black N330 1：1混合（轮胎工业常用偶联剂 固体颗粒）；Si69（双-（三乙氧基硅烷基丙基）四硫化合物）的结构式为，平均相对分子质量为532g/mol。Si747（γ-巯丙基乙氧基双（丙烷基-六乙氧基-硅氧烷））的结构式为，平均相对分子量为962g/mol[2]。

1.2 基本配方

SSBR，100（质量分，下同）；高分散性白炭黑，80；偶联剂，变量；ZnO，3.5；硬脂酸，1；防老剂4020，2；环烷油，22；硫磺，促进剂，变量。

1.3 主要设备

密炼机，X（S）M1.7，青岛科高橡塑机械技术装备有限公司；开炼机XK-230T，庄河橡塑机械厂；流变仪，DRM-100，韩国DAEKYUNG公司；平板硫化机，WSTP100，韩国DAWOOD公司；动态粘弹性测试仪，EPLEXOR，德国GABO公司。

1.4 实验方法

第一步，将橡胶、白炭黑、偶联剂、氧化锌、硬脂酸等原材料加入密炼机中混合，初始温度为60℃，转速：60r/min，混炼300s，均匀后，排胶。第二步；在开炼机上薄通打三角包6次，下片。第三步，将混炼胶在密炼机中加入硫磺，促进剂混炼，初始温度40℃，转速：52r/min，110s后排胶。第四步，将终炼胶在开炼机上薄通达三角包10次，下片。在平板硫化机上硫化试样，硫化温度165℃，硫化时间：10min。

1.5 分析与测试

使用DAEKYUNG公司的DRM-100流变仪测定硫化性能。用DAEKYUNG公司的DUT-07-1-10电子拉力机测试拉伸性能。使用GABO动态性能测试机测试动态性能，应变扫描温度为-70℃～80℃，频率为：10Hz，应变扫描范围：0.3%～3%。

2 结果与讨论

2.1 不同偶联剂流变性能分析

表1可以看出，三种偶联剂改性体系的抗焦烧能力顺序为：X-50SSi747。Si747的硫化最快，原因应该是巯基的高反应活性可以大幅提高偶联效率，白炭黑表面的充分改性大大提高白炭黑的疏水性能[2]。另外，减少挥发物80%，减少设备腐蚀，环保[3]。

2.2 力学性能分析

表2给出的三种不同偶联剂改性体系的物理机械性能，Si69与X-50S的各项指标均相当。而Si747改性胶料的硬度和300%的模量均有不同程度的降低。降幅分别达到16%，13%。

2.3 动态性能分析

表3给出了三种偶联剂改性体系的动态粘弹性能。60℃的损耗因子tanδ越小，反应出轮胎的滚动阻力越小，更高的燃油效率。60℃的损耗因子tanδ的大小顺序为：X-50S>Si69>Si747。Si69和Si747改性体系较X-50S体系在60℃下的损耗因子tanδ分别降低了3%和6%， 说明Si747改性体系能更好的降低滚动阻力。0℃的损耗因子tanδ越大，反应出轮胎的抗湿滑性越好，三种改性体系的顺序为：X-50SSi747。说明Si747改性体系抵抗形变的能力较其他两种体系欠缺，需要进一步配方调整。

3 结论

1）经过配方调整，硅烷偶联剂Si747改性体系具有更好的抗焦烧性，三种硅烷偶联剂改性体系的抗焦烧能力顺序为：Si747>Si69>X-50S。

2）三种硅烷偶联剂改性体系中Si747能更好的的降低滚动阻力和抗湿滑性。

【参考文献】

[1]王进文.TESPT对白炭黑填充SBR复合材料物理机械性能和介电性能的影响[Z].橡胶参考资料，2010，40（04）：21-26.

[2]沈梅，赵树高.硅烷偶联剂对白炭黑Z1165MP填充SSBR/BR性能的影响[J].特种橡胶制品，2012，33（06）：13-18.

[3]Wilma Dierkes，Jacques W.M Noordemeer Improving silica compound processing：Optimization of the mixing equipment[J].Rubber World，2004：33-40.